기계의 '눈' 으로 바라본 꿈의 새 세상
머신비전 (Machine Vision) 기술은 검사·안내 분야에서 이미지를 분석하는 기술로, 주로 제조과정에서 쓰인다. 비전시스템은 특히 부분의 크기를 측정하거나 전반적인 결함, 결함의 표면 결점 등을 찾는 데 사용된다. 또 운송체나 산업용 로봇이 조작을 수행하도록 안내하거나 부품을 가져다 놓는데 광학 특성을 인식해 패턴을 일치시키는 데 활용된다.
시장은 성숙단계에 접어들었지만 이는 당초 업계의 예상보다 느리게 성장했다는 평가다. 머신비전은 자동화 분야에서 사용되다가 전자분야로 확산됐고 이제는 제재소·제약 공장·의학연구실 등에서도 활용된다. 최근에는 많은 공급업체들이 틈새 시장에 맞게 주문화된 임베디드 (내장형) 비전 시스템을 판매하고 있다. 공급업체들은 특히 굴곡이 심하고 설치가 어려운 현장에 비전 기술을 적용하고 있다.
머신비전은 대부분의 제조분야에 사용된다. 나아가 보다 더 넓은 분야에서 사용될 수 있도록 개발중에 있다.
컴퓨터 하드웨어의 가격·성능, 센서기술, 사용자 인터페이스, 이미지 처리 하드웨어·소프트웨어의 개발로 머신비전의 사용처는 더 확대될 것으로 보인다.
머신비전시스템 (MVS : Machine Vision System) 은 이미 만들어진 제품에서 더 유용하고, 하이엔드 제품에 사용될 경우 더 많은 이익을 준다. 그러나 비전 시스템을 설치하기 위해서는 조명·부품 처리·통제 구조 등 여러가지 문제를 해결해야 하기 때문에 분야별 다양한 전문가가 필요하다.
이용자들은 특히 MVS 의 설치에 따른 이익의 환수는 오랜 기간이 걸리고, 이익은 일자리의 대체를 통해서가 아니라 품질의 개선을 통해서 온다는 점을 명심해야 한다. 특히 제약 제품과 같이 결함이 있으면 안되는 분야에서 이익은 더 크다. 이같은 점 때문에 회수기간이 오래 걸림에도 불구하고 비전시스템에 대한 수요는 증가하고 있다.
장기적인 관점에서 볼 때 MVS 는 지금처럼 공장에서 검사와 안내용으로 사용되는 것 외에 새로운 분야로 확대될 가능성이 높다. 여기에는 지능형 운송도구·고속도로 시스템, 보안시스템, 멀티미디어, 농업 수확, 생체인식 등이 포함된다. 이 분야는 인식과 검사 분야에서 지속성·정확성·신속성·대량성이 필요하다. 결국 MVS 의 신뢰성과 안정성은 병렬처리·신경망·퍼지로직·데이터 압축·컬러비전 등의 기술 발전으로 가속화될 전망이다.
2. 시장전망
MVS 의 세계 시장 규모는 97년 이후 연평균 12%의 성장을 보이면서 지난해에는 33억달러에 이르렀다. 이는 애널리스트 사이에서 일반적으로 받아들여지는 수치다. 이 정도의 성장을 계속한다면 시장은 오는 2005년에는 65억달러, 2010년에는 무려 114억달러에 달할 전망이다.
이는 MVS 가 점차 산업저변으로 확산돼 간다는 것을 전제로 한다. 반도체·전자·음식·운송·제약·인쇄·컨테이너·플라스틱·금속 조립·목재 등 주요 10개 산업이 지난해 MVS 장비 매출의 87%를 차지했다. 반도체산업과 전자산업은 세계 매출의 52.8%였다.
반도체산업은 MVS 의 주요 사용분야. MVS 는 대부분 반도체 후공정용으로 쓰인다. 만약 반도체산업이 현재 상황보다 나아진다면 이 부문에서 머신비전 장비의 매출은 지난해 14억달러에서 2010년에는 42억달러로 매년 11.6%의 성장을 보일 것으로 예상된다.
MVS 가 두번째로 많이 사용되는 분야는 전자산업 분야다. 이 분야 MVS 매출은 지난해 5억4700만달러. 같은 기간 반도체 매출의 절반에 조금 못미친다. 2000년부터 2010년까지 전자산업에서 MVS 의 소비는 연평균 14.3% 늘 것으로 예상된다. 이렇게 되면 2010년까지 20억달러 이상이 비주얼 조사(照射) 장비용에 투입될 전망이다.
목재와 제지산업은 각각 3.5% 와 7.2% 로 가장 낮은 성장세를 보일 것으로 예상된다. 반면 인쇄 (14.1%), 음식 (13.9%), 제약 (13.8%), 의료기기 (13.1%) 부문은 성장할 전망이다. 이밖에 성장이 예상되는 다른 부문으로는 생체인식·2차원 상징·담배·용접 등이 있다.
장비시장에 덧붙여 머신비전 서비스 시장도 성장이 예상된다. 서비스산업에는 머신비전 장비의 제조로부터 오는 매출은 제외된다. 미국 자동화이미징연합 (AIA) 에 따르면 머신비전 장비와 머신비전 서비스 시장을 합칠 경우 지난해 43억달러였고 오는 2004년에는 60억달러에 달할 전망이다. 일반적으로 머신비전 서비스 시장은 전체 머신비전 장비 시장의 가치에 30% 를 더하면 된다. 이같은 규모의 서비스산업을 무시하기는 쉽지 않다. 새로운 회사를 위해 많은 기회가 존재하고 또 시스템의 통합이나 자문과 같이 시스템 제조 이외의 비즈니스에서도 많은 이득을 만들어내기 때문이다.
3. 주요 제품 및 업계 동향
△로봇 ‘집어서 놓기’용 MVS
자동차 엔진 부품과 같이 진행중인 제조과정에서 로봇 팔의 집어서 놓기를 가능하기 위해서는 고가의 기계 장치들이 필요하다. 따라서 이같은 비용부담을 줄이기 위해 미국 코그넥스는 ‘체크포인트900’ MVS 를 사용하는 통합 솔루션을 개발했다. 체크포인트900은 코그넥스의 ‘패트맥스’ 패턴 로케이션 소프트웨어 및 패트맥스 객체 로케이션 소프트웨어에서 운용된다. 패트맥스는 MVS 가 알루미늄 캐스팅 위에 정확하게 놓이도록 한다. 이는 비록 처리과정의 다양성에서 비롯된 방향과 형태가 다양하고 또 표면 반사가 복잡하며 불균형적 맞물림, 빛의 비선형 변화, 이미지 형태의 불균형이 있다 할지라도 정확하게 위치를 잡는다. 코그넥스에 따르면 체크포인트900 머신비전 솔루션은 금속을 다루는 자동차 제조업체들이 제품의 품질을 높이고 비품을 줄여주기 때문에 제조비용을 줄이는 데 기여한다는 설명이다.
△MVS 온 어 칩 (MVS on a chip)
이미지 센서·프로세서 회로통합 및 전자 신경망, 마이크로프로세서, 서브마이크론 VLSI 회로 및 병렬컴퓨팅 등 첨단기술 발전에 부응해 미국 캘리포니아 기술연구소는 미 항공우주국 (NASA) 산하 제트추진연구소용 ‘MVS 온 어 칩’ 개념을 구상했다. 이 제품은 인간의 눈이나 두뇌에서의 처리되는 아날로그식 비전과정을 수행하기 위해 단일 MVS 통합회로 칩과 같은 방식으로 프로그램됐다.
기술 설계의 한계에서 오는 컴퓨터 유연성의 부족, 낮은 조명정도, 능동적 센서 카메라의 저소음, 전력관리의 균형 등을 해결하기 위해 다양한 방법이 동원됐다. 연구소는 시스템의 안정성을 증대시키기 위해 병렬처리 기술이나 초고속 데이터 전송구조를 사용해 높은 정밀도를 갖는 시스템을 만들고 있다. 이미 개발된 단일 칩 시스템의 전력소비는 높지 않았다. 연구자들은 향후 나올 제품도 전력이 10W 에 불과할 것이라고 내다보고 있다 (상용화된 부품 제조 조립과 유사한 데이터 처리량을 갖는 시스템의 전력소모는 100W 에 달한다). 또 제안된 시스템이 상용화된 부품에 사용되는 시스템보다 적기 때문에 시스템의 대량생산에 따른 비용도 낮아지고 있다.
△생체인식분야 개발현황
생체인식기술은 최근 들어 상용화되고 있다. 보안시스템을 비롯해 운송 분야에서 다양하게 활용되고 있을 뿐 아니라 뱅킹·정부 프로그램 등에서 전세계적으로 수요가 늘고 있다.
△머신비전(MV) 센서
스위스의 패스트컴테크놀로지는 지능형 MV 센서와 상보성금속산화반도체(CMOS) 카메라를 사용한 스마트 디지털 카메라 ‘MVS-135’를 개발했다. 스마트 MV 센서는 이미징 과정의 포착을 가능한 한 빠르고 가깝게 하는 것을 목표로 하고 있다. 이럴 경우 컴퓨터 처리 유닛으로 쓸모없는 이미지 데이터를 전송하는 작업을 없애야 한다. 지능형 MV 센서가 주는 이점은 이미지 센서로부터도 올 수 있고 전력 특성으로부터 올 수도 있다. 또 유연성·저비용·패키징 균형으로부터 올 수도 있다. 예를 들어 센서에 활동성을 주기 위해서는 하이라이트 반사 등 이상적인 조사환경을 꾸며야 한다. 센서의 무작위적 접속은 세밀한 관찰을 빠르게 추적할 수 있다. 유연성은 작업자가 조사작업으로 이동하기 위해 재프로그램하는 것을 가능하게 한다. 그리고 소형 아키텍처를 사용공간에 맞게 최소화할 수도 있다.
△2차원 심볼로지 리더
미국의 인터멕테크놀로지스는 ‘코더 (Qoder)’ 라는 이름의 개인용 바코드 기기를 개발했다. 이 제품은 구매정보를 취득하는 역할을 한다. 이 회사는 이를 인터넷 상거래 솔루션 코드 ‘(Qode)’ 제공업체와 상용화를 위한 제휴를 맺었다. 상용 제품의 레벨을 코더로 스캐닝하고 저장한 후 나중에 여유있을 때 인터넷을 통해 구매하기 위한 아이템을 선정하고자 스캐닝된 정보를 분석할 수 있다. 코더는 100개 제품의 바코드를 저장할 수 있다. 코드의 쇼핑 솔루션은 온라인상에서 소비자 확신을 위해 시험될 예정이다.
△인터넷 보안을 위한 안면인식
인터넷 뱅킹이나 기타 온라인 활동 (주로 쇼핑) 등이 지속적으로 성장하자 유럽연합 (EU) 은 영국의 맨체스터대학에 안면인식 시스템을 개발하도록 75만파운드 (1100만달러) 를 줬다. 연구자들은 사람들이 서로 다른 감정을 가질 때에 개개인의 얼굴 형상을 인식할 수 있는 첨단 컴퓨터 모델링 시스템을 개발했다. 개발자들에 따르면 기술이 현재 미숙하기 때문에 모델링·채광·기타 물체 인식 등의 분야에서 몇가지 심각한 도전에 직면해 있다고 지적한다.
이 계획은 EU의 ‘정보사회기술’ 프로그램의 일환으로 진행됐다. 목표는 전자상거래와 인터넷 접속을 위한 안전한 시스템의 개발이었다. 맨체스터대학의 연구자들은 기운티 인터액티브랩스·넷스마트·바이오트라스트·소솔 등 이탈리아·그리스 업체와 공동으로 연구했다.
△장 치료를 위한 비전 센서
미국의 포토비트는 환자들이 알약처럼 삼켜 별도의 도움없이 소화기관의 움직임을 따라 위장이나 소장의 사진을 찍을 수 있는 소형 카메라를 개발했다. 이같은 비전 센서는 소화되지 않는 1∼30㎜ 크기의 캡슐에 담겨있다. 이 캡슐은 3㎽ 정도의 전력을 소모하며 위장 움직임을 따라 컬러 동영상 이미지를 만들어낸다. 캡슐이 위장으로 내려갈 때 비전센서는 수신기기에 대해 동영상 신호를 전송한다. 그러면 수신기기가 몸밖으로 캡슐이 나올 때까지 캡슐의 코스를 따라간다. 수신기기는 환자가 허리띠처럼 맬 수 있는 무선 리코더로 환자의 몸에 설치된 안테나를 통해 캡슐로부터 오는 신호를 지속적으로 받아낸다. 현재 이 기기는 미국에서 판매되지 않고 있다. 연방법이 조사용 사용을 통제하고 있기 때문이다.
소장에 발생하는 병은 내시경이나 방사선 이미지 등의 결함을 치료하기 어려운 것으로 악명높다. 대개 치료가 제한돼 있어 시간에 의존할 뿐이다. 여기에서 포토비트의 비전 센서가 큰 역할을 한다.
전자신문 (온기홍 기자) 2001년 12월 05일에 게재되었던 내용입니다.